Web3系列研究 | 中国信通院朱斯语：Cosmos——非共享安全式的信任平台 - 网安

一、目标愿景

Web3时代的信任平台面临性能和成本的挑战。以太坊拥有50万日均活跃地址，与互联网相比，推特和脸书的日活用户分别是2亿和20亿，这主要受限于当前分布式网络的低吞吐量与高交易成本。提高吞吐量有两种方式，一是提高节点的计算性能，二是分割网络进行平行处理交易。降低成本主要依靠设计合理的交易模型，例如自定义费用结构等。

Cosmos是一个不断扩展的互连应用程序和服务生态系统。Cosmos的愿景是让开发者更容易的构建区块链，并通过允许区块链交易来打破彼此之间的障碍，最终目标是创建一个“区块链互联网”，即一个能够以分布式方法相互通信的区块链网络。借助Cosmos，区块链可以快速处理交易并与生态系统中的其他区块链进行通信。

二、解决方案

从技术架构角度来看，Cosmos可分为三个概念层，如图1所示：一是应用层，负责更新交易状态，处理交易。二是共识层，使节点能够就系统当前状态达成一致，即将原来的合约层和激励层合并。三是网络层，负责交易和共识相关信息的传播，即将原来的数据层和网络层合并。对于开发者来说，可以不用过于关注网络层和共识层，主要负责开发应用层的业务逻辑来提供应用场景。

从开发者角度来看，Cosmos具有灵活的调用手段，如图2所示：通过应用程序区块链接口（Application Blockchain Interface，ABCI），开发者可以在Cosmos共识机制提供的最终交易上构建应用程序，ABCI作为一个socket协议，是一个调用接口，不同于其他区块链要求开发者学习并使用特定的语言，开发者可以选择熟悉的语言进行开发。

▲ 图 1 Cosmos的概念层

▲ 图 2 Cosmos应用接口

Cosmos作为Web3重要的信任基础设施，主要有三个核心部分，如图3所示：中心区块链网络（Hub）、区域空间网络（Zone），链间通信协议（Inter-Blockchain Communication Protocol，IBC）。Hub是Cosmos的经济中心，也是跨链消息的信任中心，除了官方的Cosmos Hub，还有多个跨链Hub可以提供跨链服务，比如IRISnet。Zone是独立的区块链，可以与Cosmos中心网络Hub进行跨链通信、信息交换和资产交换。IBC是是针对Cosmos网络设计的通信协议，依赖其及时最终性的特点，用于Hub与Zone之间的消息传递。

▲ 图 3 Cosmos的核心部分

Cosmos运行的核心逻辑：Hub通过与Zone建立连接，实现资产和数据的交换。Cosmos是一个巨大的生态村，村中基本没有店铺，但是Cosmos提供了建筑样式和来往Cosmos的路样式，同时Cosmos鼓励其他村子（Zone）与Cosmos修路，不设置限制。Hub相当于集中市场，是持有数字资产和管理区块链账户的场所，Hub负责追踪记录各个村子（Zone）的状态，而每个村子则有义务不停地把自身产出的新区块汇报给Hub。当Zone对Hub建立了连接（IBC）后，Zone只需要信任Hub，即可以自动访问其他连接到该Hub上的所有Zone。Cosmos采取极其包容的连接策略，网络无需权限，任何人都能创建Hub或Zone，并有权拒绝其他区块链的连接，形成自己的局域网，同时Zone的局域网之间也可以互相通信，保证内部通信不受外网影响。

一系列开源工具帮助快速构建自定义、可伸缩和可互操作的区块链应用。Tendermint、Cosmos SDK和IBC是Cosmos的三个“法宝”，Tendermint是一个解决方案，它将区块链的网络和共识层打包到一个通用引擎中，允许开发者专注于开发应用，而不是复杂的底层协议。Cosmos SDK是一个通用框架，它简化了在Tendermint上构建安全区块链应用程序的过程。区块链之间的连接通过IBC实现，IBC利用Tendermint共识的即时终结性属性，允许异构链相互传递价值（即代币）或数据。

非共享安全式的多链连接模式促进Cosmos生态繁荣。Cosmos提供了建设区块链的“图纸”和连接区块链的“道路”，鼓励大家多建链，任何只要能够符合Cosmos SDK及Tendermint共识协议的项目都可以成为Cosmos生态的一员，无需得到许可，最后只要修一条“道路”回Cosmos就可以，但是Cosmos并不负责每条链的安全问题，这样的好处是每条链的互通成本并不高，Cosmos的包容性促成了生态的快速爆发，截至2022年1月，搭建在Cosmos生态上的项目超260个，仅次于以太坊生态，同时市值排名前300的项目有8个，Cosmos生态集成的Zone涉及约12个细分领域，涵盖DeFi、连接DeFi与CeFi、Web3、社交、智能合约公链、NFT、隐私、跨链、基础设施和memecoin等领域。

Cosmos的多代币经济模型解决代币权益功能和交易手续费功能间的冲突。Cosmos采用多代币模型，在网络中有两种代币：ATOM和Photon。Atom是Cosmos主体原生的权益代币，它的核心作用是作为保护Cosmos网络的一个工具。Photon是Cosmos主体原生的费用代币，它的核心效用是用于支付Cosmos网络的费用。将代币的抵押功能和交易手续费功能割裂开来，可以解决无法兼顾安全性、流动性的难题。2017年4月Cosmos首次发行代币，初始供应量2亿枚，Atom总量的1/3将会作为网络验证者的工作奖励，用于抵押的Atom比例越大，Cosmos网络就越安全。为保障网络安全，Atom采用通胀模型，Cosmos按照全网的抵押比例对Atom进行通胀，第一年按照7%增发，用于节点等奖励，之后每年增发比例会根据每年的抵押率波动：如果总质押的Atom小于供应总量的2/3，通胀率上升到20%；如果总质押大于供应总量的2/3，通胀率将会减小到最少7%。

三、项目历程

Cosmos由位于美国的营利性软件公司Tendermint Inc.构建，并由瑞士的非营利组织Interchain Foundation协调开发。

2017年，Cosmos通过三次代币销售筹集了1700万美元。
2019年3月，Cosmos主网上线，并成功启动了三项主网（Cosmos Hub-3）。
2021年4月，Cosmos Hub和IRIS Hub首次实现了跨链互联。
2021年12月，Cosmos宣布Gravity Bridge竣工，可以使Cosmos上的区块链与以太坊实现无缝互操作，同月，在Cosmos的百万美元黑客马拉松中，Evmos.me、Cosmos Omnibus和Nymdrive等项目成为获胜者。

四、思考评论

Cosmos的开放与包容让其成为Web3世界的“安卓系统”，但也影响了跨链深度。任何只要能够符合Cosmos SDK、Tendermint共识协议和IBC的项目都可以成为Cosmos生态的一员，并且无需得到许可，这一点很像“安卓系统”，但这一特性也带来新的问题，Cosmos的开放性和包容性使得不同链间的跨链深度较浅，即仅支持资产跨链，却无法跨链调用合约，在目前跨链还不是刚需的时候影响不大，但是当深度跨链成为刚需时对未来可能产生影响。

Atom较弱的价值捕获能力可能影响持有者信心，但也是其生态快速发展的核心。Cosmos的生态发展已经仅次于Ethereum，但Atom并未像Ethereum一样捕获到足够的红利，甚至连生态内的单个Zone类代币的市值也比Atom高，比如LUNA、MATIC。此外，许多使用Cosmos SDK开发的链，比如币安链、Polygon，对ATOM的价值贡献较少，这些可能会影响投资者的热情。但我们也看到Atom持有者除了加入节点验证者的质押收益外，近两年更多的收益来自生态项目的空投，即Atom持有者通过将其代币与Cosmos验证者一起质押来收获空投代币，Cosmos生态的新链以此激励方案吸引Cosmos社区成员的关注。

Cosmos启动共享安全和流动质押功能，或向共享安全式信任平台进行改变。在Cosmos2022更新的路线图中可以看到，为了增加Cosmos Hub的流动性、经济安全性、可用性以及参与性等，2022年Cosmos将进行两个重要改变，一是启动共享安全方案，即通过共享验证人，把Cosmos里的Zone绑定在Hub，让双方变成利益共同体，这将补全较弱Zone的安全性，确保整个网络的安全，二是提出多链生态下的流动性质押方案，例如通过协议质押代币，并铸造出标的资产的衍生品代币，即流动性质押代币，以增加代币的可用性和参与性。